KR100449054B1 - 선택비를 향상시킨 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 및이를 이용한 반도체 소자의 평탄화 방법 - Google Patents

선택비를 향상시킨 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 및이를 이용한 반도체 소자의 평탄화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 다층구조를 실현하기 위하여 행해지는 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP)공정 중 STI(Shallow Trench Isolation)공정 에 사용되는 연마 슬러리(Slurry) 조성물에 관한 것으로서, 상기 슬러리 조성물은 흄드 실리카 및/또는 콜로이달 실리카, pH 조절제, 불소화합물, 포스페이트(Phosphate) 계열의 음이온첨가제, 아민(Amine) 계열의 첨가제, 산화제 및 물을 포함한다.

Description

선택비를 향상시킨 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 반도체소자의 평탄화 방법 {Chemical Mechanical Polishing slurry composition which improve selectivity and method of polishing semiconductor using the same}
본 발명은 선택비를 향상시킨 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 반도체소자의 평탄화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세 스크래치를 최소화하며 산화막과 질화막의 선택비를 향상시킨 화학 기계적 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 평탄화 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체장치의 제조기술의 발달과 메모리소자의 응용분야가 확장되어 감에 따라 대용량의 메모리소자의 개발이 진척되고 있는데, 이러한 메모리소자의 대용량화는 각 세대마다 2배로 진행하는 미세 공정기술을 기본으로 하여 추진되어오고 있다. 특히 소자간을 분리하는 소자분리막의 축소는 메모리소자의 미세화 기술에 있어서 중요한 항목중의 하나로 대두되고 있다.
종래의 소자분리기술로는 반도체 기판 상에 두꺼운 산화막을 선택적으로 성장시켜 소자분리막을 형성하는 로커스(LOCal Oxidation of Silicon: LOCOS)기술이 통상적으로 사용되었으나, 상기 LOCOS기술은 소자분리막의 측면확산 및 버즈비크(bird's beak)에 의해 활성영역이 감소된다는 단점이 있다. 따라서 소자설계치수가 서브미크론(submicron)이하로 줄어드는 대용량의 메모리소자에 있어서는 상기 LOCOS기술의 적용이 불가능하기 때문에 새로운 소자분리기술이 필요하게 되었다.
이에 따라 기판(wafer)위에 트랜치(Trench)를 형성하고 여기에 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD)을 이용하여 산화막을 채운 후, 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing)를 통하여 광역평탄화를 실현하는 STI(Shallow Trench Isolation)공정을 도입하게 되었다.
도 1a 내지 도 1h는 이와 같은 STI공정에 따른 반도체 소자 분리막 형성 공정의 단면도이다. 도1 에 도시된 바와 같이, 기존의 STI공정은 반도체 기판(1)의 표면에 50내지 200Å두께의 얇은 산화막(2)을 형성한 후, CVD을 이용하여 500내지 2000Å두께의 질화막(3)을 적층한다(도 1a참조). 이렇게 형성된 산화막(2)과 질화막(3)을 포토레지스트(4)를 사용하여 패터닝한 후(도 1b참조), 패터닝된 산화막(2)과 질화막(3)에 의해 노출된 기판(1)에 트렌치(5)를 형성한다[도 1c]. 트렌치(5)깊이는 적용디바이스의 디자인 룰에 따라 차이가 있으나 1500내지 5000Å정도로 한다. 포토레스트(3)를 제거한 후 트렌치(5)부위의 표면손상을 보상하고 모서리부분을 완만하게 하기 위해 산화공정을 실시하여 트렌치(5)내에 50내지 300Å두께의 산화박막(2')을 형성한다(도 1d참조). 이후 CVD법으로 증착 두께가 3000내지 10000Å정도인 산화막(6)을 퇴적시킨 다음(도 1e참조), 포토레지스트(도시하지 않음)를 이용, 트렌치(5)상부를 제외한 부분의 산화막(6)을 제거하는 역해자 공정(Reverse Moat Process)을 실시한다(도 1f참조). 산화막(6)상부에 남아있는 포토레지스트를 에칭, 제거한 후 연마 슬러리를 사용하여 평탄화 공정을 진행하여 산화막(6)상부를 연마하여 제거한 다음(도 1g참조), 도 1h에 도시된 바와 같이, 인산용액을 이용하여 노출된 질화막(3)을 제거하면 활성영역 사이에 소자분리막(6)을 형성할 수 있다.
이러한 STI공정은 버즈비크가 생성되지 않아 절연 부분이 소자의 활성 영역으로 침투하지 않고, 소자의 절연 길이를 현저히 줄일 수 있으며 소자의 크기도 감소시킬 수 있다. 그러나 이와 같은 STI공정에서는 반도체 기판(1)위에 O2와 H2O의 확산을 방지하기 위해 증착하는 질화막(3)을 연마 정지막으로 사용하여, 소자 분리 공정을 진행하는데 실리카 계통의 기존 슬러리의 경우 산화막(2)과 질화막(3)간의 연마선택비가 약 4:1 정도로 낮다. 이와 같이 연마선택비가 낮으면 화학 기계적 연마 공정시 발생하는 연마 불균일도에 의해 연마 정지막으로 사용된 패드 질화막(3)이 연마되어 활성영역에 손상을 가하게 되거나, 패드질화막(3) 제거 공정 후 필드 영역의 산화막(2) 두께의 불균일도에 의해서 전기적 특성의 차이가 심하게 발생하는 단점이 있다. 따라서 기존 슬러리로는 충분한 연마선택비를 얻을 수 없어서 복잡한 역해자 공정을 사용할 수밖에 없기 때문에 여러 단계의 공정이 추가로 진행되어야 한다.
또한 종래의 연마 슬러리는 대부분 연마속도, 평탄성, 선택성 중 연마속도 또는 선택성의 개선에 초점을 맞추어 개발된 것으로서, 연마 후 기판 표면에 미세 스크래치가 다량 발생하는 단점이 있다. 특히, 산화막과 질화막간의 연마비 차이가 큰 세리아(CeO2)계열의 슬러리의 경우에는 슬러리 제조시 연마제 크기 제어가 용이하지 않기 때문에, 연마 후 활성영역 상부에 미세 스크래치를 유발하여 반도체 소자 제조공정의 수율을 떨어뜨리는 등의 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 산화막과 질화막과의 선택비를 향상시켜 역해자 공정을 실시할 필요가 없거나 줄일 수 있는 화학 기계적 연마 슬러리 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 미세 스크래치의 발생을 억제하여 반도체소자 제조공정의 수율을 높일 수 있는 연마 슬러리 조성물 및 이를 이용한 반도체 소자의 평탄화 방법을 제공하는 것이다.
도 1a 내지 도 1h는 통상적인 STI공정에 따른 반도체 소자 분리막 형성 공정 단면도이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 흄드 실리카 또는 콜로이달 실리카, pH 조절제, 불소화합물, 포스페이트 계열의 음이온첨가제, 아민 계열의 첨가제, 산화제 및 물을 포함하는 화학 기계적 연마 슬러리 조성물을 제공한다. 또한 본 발명은 질화막 및 산화막이 적층되는 구조를 갖는 반도체 소자의 산화막과 질화막을 에칭하는데 있어서, 상기 화학 기계적 연마 슬러리 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 평탄화 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 연마 슬러리 조성물에 사용되는 흄드 실리카(Fumed Silica) 및/또는 콜로이달 실리카는 금속 산화물의 일종으로서, 일반적인 연마 슬러리 조성물에 사용되는 금속 산화물로는 발연법 또는 졸-겔(Sol-Gel)법으로 제조된 실리카, 알루미나, 세리아(CeO2), 지르코니아(ZrO2), 티타니아(TiO2)등이 있으나 본 발명에서는 산화막의 연마속도, 점도, 저장 안정성 등을 고려하여 흄드 실리카 및/또는 콜로이달 실리카를 사용한다. 또한 IC사업에서 엄격한 순도 조건으로 인해 고순도의 흄드 실리카 또는 콜로이달 실리카를 사용하는 것이 바람직하다. 고순도라 함은 불순물의 총 함량이 대개 1%미만, 바람직하게 0.01%(즉, 100ppm)미만인 것을 의미한다. 순도가 낮은 연마 입자를 사용하는 경우는, 연마 후 반도체 장치를 세정해도 반도체 특성에 악영향을 미치는 불순물 원소가 잔류하므로, 불량품이 늘어나고 수율이 악화될 우려가 있다.
상기 흄드 실리카 및/또는 콜로이달 실리카의 함량은 연마시의 가공 압력 등의 연마 조건에 의존하나, 전체 슬러리 조성물에 대하여 1 내지 50 중량%가 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 25 중량%인 것이 좋다. 상기 실리카의 농도가 1 중량% 미만이면 산화막의 연마 속도가 저하되고, 50 중량%를 초과하면 슬러리의 점도 상승 및 저장 안정성의 저하 등의 문제가 발생하게 된다.
본 발명에 따른 연마 슬러리 조성물의 한 성분인 pH 조절제는 슬러리의 pH를 조절하여, 연마 입자들의 제타(Zeta) 포텐셜의 절대값을 크게 하여, 입자상호간의 전기적인 반발력을 크게 한다. 따라서 pH 조절제는 입자들간의 분산안정성을 향상시키고 입자 분산액의 점도를 낮추어 슬러리 제조를 용이하게 한다. 또한 이것은 화학 기계적 연마 공정시 피연마면에 대한 에칭 효과 또는 에칭 효과를 주기 위한 슬러리의 환경을 조성하여 연마 속도 및 연마 효율을 향상시키는 연마 촉진제로 작용한다. 화학 기계적 연마 슬러리의 pH는 알려진 산 또는 염기를 사용하여 조정할 수 있다. 일반적으로 피연마면이 STI 공정에 사용되는 산화막일 경우, 수산화칼륨이나 수산화암모늄 등의 무기 또는 유기 알칼리 화합물이 pH 조절제로 사용되나, 수산화암모늄의 경우에는 휘발성이 강하여 슬러리의 pH 및 고형분이 변하기 쉽고, 안정성이 저하될 뿐 만 아니라, 증발되는 암모니아의 냄새에 의해 후속 공정이 영향 을 받는 등 많은 문제점이 있으므로, 수산화칼륨(KOH)을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 화학 기계적인 연마 슬러리 조성물에서 pH 조절제의 함량은 0.01 내지 5 중량%가 바람직하고, 0.1 내지 1.5 중량%이면 더욱 바람직하다. 수산화칼륨의 함량이 0.1 중량% 미만이면 입자 분산성이 저하되며, 5 중량%를 초과하면 적절한 pH를 설정하는데 어려운 문제가 있다.
본 발명에 따른 연마 슬러리 조성물은 적어도 1개의 불소 화합물을 포함한다. 상기 불소 화합물은 STI 공정에서 산화막과 질화막의 연마되는 속도의 비율인 연마 선택비를 바람직하게는 10 이상으로 높이는 작용을 하는 것으로서, 연마 선택비는 산화막의 연마 속도가 크고 질화막의 연마 속도가 작을수록 커진다. 실제 공정에서는 산화막의 선택비가 약간 작더라도 질화막의 연마되는 속도가 작은 것이 바람직하다. 본 발명에서의 화학 기계적 연마의 슬러리 조성물은 질화막에 선택적으로 보호막을 형성하여 연마되는 속도를 최소화하며, 산화막을 선택적으로 에칭하여 산화막의 연마 속도를 향상시켜서 선택성을 극대화하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 연마 슬러리 조성물에 사용되는 불소 화합물로는 불소 염(Salt), 불산을 포함하는 산(Acid), 불소 중합체(Polymer) 또는 유/무기 불산 등을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 히드로플루오릭 엑시드(HF), 포타슘 플루오라이드(KF), 쇼듐 플루오라이드(NaF), 플루오로실리식(Fluorosilicic) 엑시드(H2SiF6), 플루오로보릭엑시드(HBF4),암모늄플루오라이드(NH4F),암모늄헥사플루오로시리케이트((NH4)2SiF6), 암모늄테트라플루오로보레이트(NH4BF4), 포타슘 테트라플루오로보레이트(KBF4), 암모늄 히드로겐디플루오라이드(NH4HF2), 테트라메틸암모늄 플루오라이드((CH3)4NF), 테트라에틸암모늄 플루오라이드((C2H5)4NF) 등을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 테트라메틸암모늄 플루오라이드((CH3)4NF) 또는 소량의 히드로플루오릭 엑시드(HF)와 테트라메틸암모늄 히드록사이드(TMAH)을 반응시킨 테트라메틸암모늄 플루오라이드 염(TMAF salt)을 사용하는 것이 좋다.
상기 불소 화합물의 함량은 전체 슬러리 조성물에 대하여 1.0 내지 6.0 중량%인 것이 바람직하고, 2.0 내지 5.0 중량%인 것이 더욱 바람직하다. 불소화합물의 함량이 1.0 중량% 미만이면 선택비가 낮아지고, 6.0 중량%로 충분한 연마 선택비를 얻을 수 있으므로 다량 넣을 필요 없다.
또한, 본 발명에 따른 연마 슬러리 조성물은 질화막에 선택적인 보호막을 형성하는 포스페이트 계열의 음이온 첨가제를 포함한다. 이러한 포스페이트 계열의 첨가제는 체인(Chain)길이가 짧고 크기가 작아 물에 대한 용해성을 가지며, 가능한 한 반응기로 작용하는 극성 성분의 수가 적은 것이 좋다.
상기 포스페이트 계열의 첨가제로는 암모늄 포스페이트, 에틸 디에틸포스포노아세테이트, 에틸렌글리콜 엑시드 포스페이트, 에틸 엑시드 포스페이트, n-부틸 엑시드 포스페이트, 부틸옥시에틸 엑시드 포스페이트, 디(2-에틸헥실)포스페이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트(metacrylate) 엑시드 포스페이트,n-부틸파이로(pyro)포스페이트, 포타슘 히드로겐포스페이트 등을 사용하는 것이 바람직하고, 쇼듐 파이로포스페이트, 포타슘 파이로포스페이트, 디암모늄 히드로겐포스페이트를 사용하면 더욱 바람직하다. 상기의 포스페이트 계열의 첨가제는 한 종류이든, 두 종류 이상을 조합하여 이용하는 것이든 무방하다. 상기 포스페이트 계열의 음이온 첨가제 함량은 바람직하게는 0.001 내지 2.0 중량%이고 더욱 바람직하게는 0.01 내지 1.0 중량%인 것이 좋다. 상기 포스페이트 계열의 첨가제 함량이 0.001 중량% 미만이면 질화막에 대한 선택적인 보호막 형성 효과를 얻을 수 없고, 2.0 중량%를 초과하면 연마 속도가 저하되는 문제가 발생한다.
또한, 본 발명의 화학 기계적 연마 슬러리는 미세 스크래치(Micro-scratch)의 발생을 최소화하기 위하여 아민 계열의 첨가제를 포함한다. 화학 기계적 연마에 사용되는 슬러리의 입자들 중에는 수 ㎛ 크기의 거대 입자들이 형성되기도 하는데, 이는 슬러리 입자들의 응집이나 용기 내에서의 부분적인 건조, 저장시의 온도 변화 등에 의하여 발생한다. 이러한 큰 입자들이 화학 기계적 연마에서 미세 스크래치를 발생시키는 주원인이 된다. 일반적으로 이러한 입자들이 일단 발생되면 후속 습식 공정에 의해 그 크기가 더욱 커지고, 특히 STI공정에서는 활성 영역 및 비활성 영역에 손상을 주어 게이트 산화막 또는 게이트 전극 라인에 치명적인 악영향을 주게 되어 소자의 신뢰성에 큰 문제를 유발할 뿐 만 아니라, 수율에도 큰 영향을 미친다. 따라서 본 발명에서는 화학 기계적 연마 과정을 거치며 발생할 수 있는 미세 스크래치를 없애기 위하여 아민 계열의 첨가제를 첨가하였는데 이는 초기 슬러리에서의 큰 입자 수를 줄이고 동시에 외부 조건변화 및 숙성에 따른 응집현상을 가능한 억제하는 역할을 한다.
본 발명의 연마 슬러리 조성물에 사용되는 아민 계열의 첨가제로는 메틸아민, 에틸아민, 부틸아민, 에탄올아민, 이소프로필아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 디프로필아민, 에틸렌 디아민, 프로판 디아민, 트리에틸렌 테트라아민, 테트라에틸렌 펜타민(pentamine)을 사용하는 것이 바람직하고 디에탄올아민, 트리에탄올아민을 사용하면 더욱 바람직하다. 상기 아민 계열의 첨가제 함량은 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.1 내지 10 중량%인 것이 바람직하고 1 내지 5 중량%이면 더욱 바람직하다. 아민 계열의 첨가제 함량이 0.1 중량% 미만이면 피연마면에 미세 스크래치가 발생할 우려가 있고, 10 중량%를 초과하면 연마속도가 저하될 우려가 있다.
또한 본 발명의 슬러리 조성물은 보호 산화막을 빠르게 형성시켜 선택비를 향상을 향상시키는 산화제를 포함한다. 본 발명의 연마 슬러리 조성물에 사용되는 산화제로는 히드로겐 퍼옥사이드, t-부틸 퍼옥시말레이트(maleate), 퍼옥시디카보네이트, 디큐밀(cumyl) 퍼옥사이드, 라우로일(Lauroyl) 퍼옥사이드, 옥타노일 퍼옥사이드, 아세틸벤조일 퍼옥사이드, 포타슘 퍼옥시모노설페이트 등을 예시할 수 있다. 상기 산화제의 함량은 전체 슬러리 조성물에 대하여 0.01 내지 5 중량%인 것이 바람직하고, 0.1 내지 2 중량%이면 더욱 바람직하다. 산화제의 함량이 0.01 중량% 미만이면 선택비가 저하되고 5 중량%를 초과하여 넣어도 선택비가 더 이상 향상되지 않는다.
본 발명에 따른 연마 슬러리 조성물의 나머지 성분으로는 물, 바람직하게는 초순수(Deionized Water)로 이루어지며, 필요에 따라 보관 온도, 숙성 등에 의한 겔(gel)화 및 입자 침전 현상을 최대한 억제하고 분산 안정성을 유지하기 위한 분산제, pH변화에 따른 영향을 억제하기 위한 버퍼 용액(Buffer solution) 및 입자 분산액의 점도를 낮추기 위하여 각종 염류 등을 더욱 포함할 수 있다.
위와 같이 본 발명의 포스페이트 계열의 음이온 첨가제와 아민 계열의 첨가제를 사용할 경우 슬러리 입자의 침강 안정성을 증가시켜 장기간 보관시의 문제를 덜게 되는데 이는 상기 첨가제가 슬러리 입자의 분산안정성을 증가시키는 것에 기인한 것이다. 이러한 기능에 의하여, 장기 보관된 본 발명의 슬러리로 연마할 경우 기존의 슬러리보다 스크래치의 발생이 적다. 또한 슬러리 제조 시에도 본 첨가제를 사용할 경우 분산과정을 거치기 전에 슬러리의 점도가 올라가는 틱소트로피(thixotropy)현상을 방지하여 슬러리 제조 공정 상 매우 유리하다는 추가적인 효과가 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
초순수에 12 중량%의 고순도 흄드 실리카를 투입하고 1 중량% 수산화칼륨, 1 중량% 과산화수소(H2O2), 0.6 중량% 테트라메틸암모늄 플루오라이드(TMAF), 1 중량% 트리에탄올아민(TEA), 0.06 중량% 포타슘 파이로포스페이트를 첨가하여 pH가 11.2인 STI용 화학 기계적 연마 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리의 평균 이차 입경은 185㎚ 이었고, 다분산도는 0.15 이었다.
[실시예 2 내지 7, 비교예 1]
불소 화합물과 아민 계열의 첨가제의 성분 및 함량을 하기 표 1과 같이 변화시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 조성 및 방법으로 화학 기계적 연마 슬러리 조성물을 제조하여, 연마 특성 및 저장 안정성을 시험하였다. 하기 표1에서 AHDF는 암모늄 히드로겐디플루오라이드(NH4HF2)을 나타내고, DEA, MA는 각각 디에탄올아민과 메틸아민을 나타낸다.
연마특성 시험
실시예 1-7, 비교예 1의 연마 슬러리의 연마 특성을 측정하기 위하여, 기판 위에 대기압 화학기상증착법(APCVD: Atmospheric Pressure CVD)을 이용하여 10,000Å 두께의 산화막을 증착하고, 저압 화학기상증착법(LPCVD: Low Pressure CVD)을 이용하여 1,200Å 두께의 질화막을 증착하였다. AMAT Mirra 3400 장비를 이용하여 80 rpm의 압반(platen)속도, 100 rpm의 선두(head)속도, 5 psi의 내관세기, 6 psi의 보유고리세기, 4 psi의 막(membrane)세기, 150㎖/min의 슬러리 공급속도의 연마 조건에서 각각 1분씩 연마한 후 산화막 및 질화막의 연마속도를 측정하고, 이로부터 선택비를 환산하였다.
실시예번호 불소 계열의함량(wt％) 아민 계열의 첨가제 함량(wt％) 슬러리 pH 산화막의 연마속도(Å/min) 질화막의 연마속도(Å/min) 선택비 Defect 개수(개수/장)
1 0.6(TMAF) 1.0(TEA) 11.27 1138.64 38.09 29.89 5
2 0.2(TMAF) 1.0(TEA) 11.14 2152.32 404.95 5.32 6
3 0.4(TMAF) 1.0(TEA) 11.21 1463.97 170.36 8.59 4
4 0.6(TMAF) 1.0(DEA) 11.25 800.33 32.64 24.52 8
5 0.6(TMAF) 1.0(MA) 11.22 1308.13 48.80 26.80 10
6 0.6(TEAF) 1.0(TEA) 11.29 1225.89 121.68 10.07 7
7 0.6(AHDF) 1.0(TEA) 11.23 1409.71 189.73 7.43 8
비교예1 0 0 11.06 2976.48 613.81 4.85 22
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예의 슬러리 조성물을 사용한 경우 연마 선택비가 비교예의 슬러리 조성물에 비하여 현저히 높음을 알 수 있다. 또한 슬러리의 첨가제 함량과 종류를 적절히 조절할 수 있다. STI 공정에서 질화막의 연마를 최소화하는 동시에 연마 선택비를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
저장 안정성 시험
첨가제가 포함된 흄드 실리카 슬러리는 첨가제의 조성이나 성분에 따라 저장 안정성이 변화될 수 있다. 하기 표 2는 기존의 흄드 실리카 슬러리((주)동진쎄미켐, DAHP-12)와 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 제조된 고선택성 STI용 슬러리(실시예 1)를 비교한 것이며, 초기 분산액과 90일이 지난 같은 제품의 층분리, 침전, 겔화 등 외관상의 변화 및 거대입자(Large Particle), 점도(Viscosity),비중(Specific Gravity), 평균 입경(Mean Particle Size)을 각각 측정하였다.
구분 거대입자(1.01㎛) 점 도(cps) 비 중 평균입자크기(㎚)
초기 90일 후 초기 90일 후 초기 90일 후 초기 90일 후
기존 슬러리 6512 6675 1.87 1.93 1.067 1.065 187.8 192.6
STI 슬러리 7682 5092 1.77 1.99 1.065 1.064 186.3 196.3
본 발명의 슬러리는 기존 슬러리와 비교하였을 때, 저장 안정성이 비슷하거나 우수한 것으로 나타났다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연마 슬러리 조성물은 질화막의 연마 속도가 현저하게 낮으며 산화막과 질화막과의 연마 선택비가 크다. 또한 이 같은 연마 슬러리 조성물은 충분한 연마선택비를 얻어서 간단한 공정단계를 제공하고 저장안정성이 우수하고 외부 조건 변화 및 숙성에 따른 응집현상을 억제함으로서 STI 절연막의 흠집을 방지하고 연마 표면에 발생하는 흠집이 적게 발생하여 반도체 소자 제조공정의 수율을 높이므로 반도체 연마용으로 적절하게 사용되도록 향상시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 슬러리를 사용하여 STI 연마 공정을 진행하면 역해자 공정을 줄일 수 있어 공정을 획기적으로 단순화할 수 있으며, 질화막이 거의 제거되지 않아 산화막에 대한 과공정(Overpolishing)이 가능하므로 활성 영역에서의 실리콘 나이트라이드(Si3N4)의 잔류로 인한 문제점을 줄일 수 있다.

Claims (8)

  1. 흄드 실리카, 콜로이달 실리카 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 연마 입자, pH 조절제, 불소화합물, 포스페이트(Phosphate) 계열의 음이온첨가제, 아민(Amine) 계열의 첨가제, 산화제 및 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흄드 실리카, 콜로이달 실리카 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 연마 입자의 농도가 1내지 50중량％ 이고, pH 조절제의 함량이 0.01내지 5중량％ 이고, 불소 화합물의 함량이 1.0 내지 6.0중량％ 이고, 포스페이트 계열 첨가제의 함량이 0.001 내지 2.0중량％ 이고, 아민 계열 첨가제의 함량이 0.1 내지 10중량％ 이고, 산화제의 함량이 0.01 내지 5중량％ 인 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 pH 조절제는 수산화칼륨인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 불소 화합물은 히드로플루오릭 엑시드(HF), 플루오로실리식(Fluorosilicic) 엑시드(H2SiF6), 플루오로보릭엑시드(HBF4), 암모늄 플루오라이드(NH4F), 포타슘 플루오라이드(KF), 쇼듐 플루오라이드(NaF), 암모늄헥사플루오로시리케이트((NH4)2SiF6), 포타슘 테트라플루오로보레이트(KBF4), 암모늄테트라플루오로보레이트(NH4BF4), 암모늄 히드로겐디플루오라이드(NH4HF2), 테트라메틸암모늄 플루오라이드((CH3)4NF), 테트라에틸암모늄 플루오라이드((C2H5)4NF) 또는 소량의 히드로플루오릭 엑시드(HF)와 테트라메틸암모늄 히드록사이드(TMAH)을 반응시킨 테트라메틸암모늄 플루오라이드 염(TMAF salt) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 포스페이트 계열 첨가제는 암모늄 포스페이트, 에틸 디에틸포스포노아세테이트, 에틸렌글리콜 엑시드 포스페이트, 에틸 엑시드 포스페이트, n-부틸 엑시드 포스페이트, n-부틸파이로포스페이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트(metacrylate) 엑시드 포스페이트, 디(2-에틸헥시) 포스페이트, 부틸옥시에틸 엑시드 포스페이트, 소듐 파이로포스페이트, 포타슘 히드로겐포스페이트, 포타슘 파이로포스페이트, 디암모늄 히드로겐포스페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 아민 계열 첨가제는 메틸아민, 에틸아민, 부틸아민, 에탄올아민, 이소프로필아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 디프로필아민, 에틸렌 디아민, 프로판 디아민, 트리에틸렌 테트라아민, 테트라에틸렌 펜타민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 산화제는 히드로겐 퍼옥사이드, t-부틸 퍼옥시말레이트, 퍼옥시디카보네이트, 디큐밀 퍼옥사이드, 라우로일 퍼옥사이드, 옥타노일 퍼옥사이드, 아세틸벤조일 퍼옥사이드, 포타슘 퍼옥시모노설페이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 화합물인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 슬러리 조성물.
  8. 질화막 및 산화막이 적층되는 구조를 갖는 반도체 소자의 산화막과 질화막을 에칭하여 화학 기계적 연마를 수행하는데 있어서, 상기 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 연마 슬러리 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 평탄화 방법.
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